不需要拼命工作,而是要聪明地工作。这个后现代的观点,导师会告诉学生,老兵会告诉菜鸟,教练会告诉运动员。手机是聪明的,汽车是聪明的,电视是聪明的,人类好像也变得更聪明了(这并没有贬义)。
更有甚者,城市的电网、供气和供水网络也决定要变得聪明、甚至更聪明,因为在写作本文的时候智能电网就已经不是一个全新的概念了。在过去的十年里,各种设施都变得聪明,具备了智能,我们现在确信它们会变得更聪明、更智能。
是的,看起来所有的东西都在变得更加聪明
2009年全球智能电网的市场价值700亿美元,而到2014年底的时候,这个市场将会增长到1710亿美元,年复合增长率大约是20%。美国的市场份额将从2009年的三分之一下降到不足四分之一,而中国的智能电网技术将会异军突起,根据十二五计划,中国将会重点推动智能电网建设和广域监控系统的发展。
定义
那么,到底什么是智能电网?美国能源部将其定义为,人们21世纪在电力输送中使用的一组技术,利用基于计算机的远程控制和自动化。而维基百科对它的定义是数字驱动的电力网络,可以收集、发送所有各方(供应商和用户)的信息,提升电力服务的效率、重要性、可靠性、经济性和可持续性。ABB则把它看作是一种进化的电网系统,它不仅仅是一项线技术,而是一系列现有和最新涌现的技术的集成。
电气和电子工程师学会(IEEE)将其定义为下一代电力系统,相比现有系统强化了通讯和信息技术能力,在电力传输性能上也有所提升。另外,施耐德电气">施耐德电气将智能分解成复杂、互联和集成等几个方面,用以和传统的简单、直线和中心化电网(因此也就不是智能的)进行区分。
在《亚洲控制工程》2010年8月刊上,我们首次关注了这个主题,文章的作者将智能电网定义成一个电力网络,可以智能集成所有连接用户,包括消费者和发电厂商,以更加高效地提供可持续、安全的电能。
就像很多技术一样,智能电网也是在最开始的时候发展极为迅猛,然后逐渐地开始稳定下来,这一部分是由于需求造成的,另外也是因为智能电网在普及的时候需要不断增加新的功能。智能电网(一次又一次被重新定义,不时地加入新的内容)现在就像是斯蒂芬﹒乔布斯为苹果公司发布iPhone的时候一样。乔布斯曾经说过(摘自Walter Isaacson为他做的传记):直到我们拿出产品之前,客户其实并不知道自己想要什么。苹果公司的产品如此,智能电网也是如此。
卷土重来
表1列出了市政设施和消费者可以从智能电网中得到的收益。尽管速度有些慢,但是很明显市政设施和消费者对收益越来越充满信息,智能电网技术,无论是硬件还是软件方面,都一定会增长。
表1:智能电网的收益
有很多设备都可以包含在智能电网当中,这给智能仪表的生产商打了一针强心剂。比如电动汽车充电设备、太阳能低压逆变器、高效率的配电变压器、实时测温系统、使用实时定价工具、第一代和第二代超导电缆、电压稳定监视和控制软件、数字保护继电器、小型风力涡轮机、屋顶太阳能电池板等等,都会为供应商注入活力。
拿美国举例,由于智能电网带来的节约在未来二十年预计将达到460亿美元(美国能源部的报告预测则更加乐观,可达到1170亿美元)。随着产品市场的增长,认证、测试、培训相关的需求也会增加,像TV SD这样的公司将会利用自己的技术专长保证企业能够遵循IEC 61850、CIM(IEC 61970和61968)、IEC 60870和IEC 62351等标准的要求。
投资回报看起来是很吸引人的,如果再考虑到环境方面的收益(这些收益无法直接转化成现金),那么智能电网看起来简直就是无以匹敌的。当然,消费者对于个人隐私和安全性方面的担忧,还是智能电网普及的一大障碍,社会也不应该只关注经济环境问题。智能是一个需要各方面通力合作和共同参与才能达成的目标,毕竟,可持续性是一个多维的概念。
Digi M2M解决方案印度公司的Ben Tucker告诉《亚洲控制工程》,任何有效的安全方法,关键都是要理解安全的目标并不是固定的,而是一个持续改进的过程。他还补充道,亚洲地区的机构、立法者和消费者已经开始认识到智能电网技术的优势,而Digi自己也看到了公司在这个日益增长的市场中的位置。
智能的成功
现在已经有很多成功的故事可以说服那些摇摆不定的潜在用户。举例来说,意大利的Telegestore项目,在大约十年之前为大概2700万户智能供电,这为后继者树立了一个标杆。。美国德州奥斯汀也正在管理一个涵盖100万居民和43000家企业(工商企业)的智能电网,网络上包括有50万台设备。加拿大安大略省也有一个超过100万用户的项目(名字为HydroOne项目),使用者可以得到表1中列出的收益。
在亚洲,中国的福建智能电网使用大量的人工智能编程技术,现在可以确定合适的控制策略,并根据装备的广域监控系统监控到的供电波动、扰动和偏移情况做出响应,进行控制。TV SD的智能电网产品经理Christian Dirmeier告诉我们,济州岛-韩国智能电网研究院的合作机构已经确定建立创新型智能电网测试平台(涵盖高压和低压)。
James Post曾经在www.smartgridnews.com上撰写文章,关注电动汽车和巨大需求(对于减少由于汽车用汽油和柴油引起的温室气体排放很有意义)以及智能电网的普及两者之间在一定程度上相互依托。电动汽车需要的高速电池充电会使智能电网变得不可或缺,尤其是在一些大城市(比如中国就有很多这样的大城市)更是如此。
挪威研究机构SINTEF的智能电网专家Kjell Sand评论道:智能仪表是智能电网的一个关键元件,在一些国家,比如意大利,已经开始推广开来。我们需要进行一些成本收益的分析工作,意大利的公用部门一直都在忍受大约有300万用户长期拖欠电费。
从智能仪表到实时定价工具,驱动智能电网发展的技术多种多样。
他还补充道,智能电网也是延缓全球变暖的一项措施,而且正在发挥作用。根据Kjell的观点(与本文作者的观点非常类似),在未来几年全球GDP的大约2%都会花费在防止气候变暖上面,在2050年之后这个比例会变得更高。
连锁效应
智能供电网络的发展,会在供水和污水处理系统中引发连锁反应(无论是从可持续的角度还是从供水需求的角度看,这种观点已经引起了人们广泛的关注)。Ben Tucker说,尽管供水部门需要智能分布式监控系统,尽管一些地方还需要使用通用通讯基础设施,但是这两个事情是独立的问题。
现在全世界的供水行业都在讨论监测水量和消费量,密切关注供水和运输网络(比如使用中央视频监控系统),以防范供水中断,采取预防措施。发达国家有充足的准备,尤其是在资金方面,可以将现有的供水和污水网络改造成智能网络。而发展中国家可能在部署智能电网和智能水网方面有些落后了,但是速度慢并不意味着不行动。
很多亚洲国家都已经启动了智能电网示范项目
居民和企业不需要会引起停电、限电和所谓智能,电力设施也不想发生传输和配电损失,也不想出现浪费的情况。事实上,智能电网确实在变得更加智能。CEA